竹節(jié)紗粗細(xì)節(jié)形成機(jī)制及其紡紗工藝比較

趙洋洋， 薛 元， 劉曰興， 張國清

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122； 2. 愉悅家紡有限公司， 山東 濱州 256623)

花式紗線主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)中的顏色或形式的不規(guī)則性。竹節(jié)紗作為花式紗線的一種,具有很好的可設(shè)計(jì)性和品種多樣性，如可使機(jī)織或針織織物具有自然但不規(guī)則的外觀[1]。在新面料的設(shè)計(jì)與開發(fā)中得以廣泛應(yīng)用[2]。三通道數(shù)碼紡紗通過可編程協(xié)調(diào)控制器(PLC)協(xié)調(diào)控制與七軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上實(shí)現(xiàn)了紡紗與混色雙功能[3]，為竹節(jié)紗的生產(chǎn)開發(fā)提供了新的紡紗平臺(tái)。

本文依據(jù)紡制竹節(jié)的喂入粗紗根數(shù)、牽伸機(jī)構(gòu)組成、羅拉變速方式、牽伸比調(diào)控方式對(duì)5種竹節(jié)紗裝置進(jìn)行分類，對(duì)裝置的結(jié)構(gòu)、成紗工藝進(jìn)行對(duì)比總結(jié)，并對(duì)成紗品種進(jìn)行了分析。

1 竹節(jié)紗及其成紗裝置的分類

在紗線長度方向上呈隨機(jī)或規(guī)律性排列的若干粗節(jié)或細(xì)節(jié)的紗線稱為竹節(jié)紗[4]。表達(dá)竹節(jié)紗形態(tài)結(jié)構(gòu)的參數(shù)包括：細(xì)節(jié)線密度、粗節(jié)線密度、粗節(jié)長度、粗節(jié)間距。按竹節(jié)紗的形態(tài)特征分為規(guī)律分布竹節(jié)紗、隨機(jī)分布竹節(jié)紗；按竹節(jié)紗色彩效果分為單色竹節(jié)紗、多彩竹節(jié)紗(彩節(jié)紗、彩段竹節(jié)紗、漸變竹節(jié)紗)。

竹節(jié)裝置是通過牽伸倍率的變化或多通道喂入不連續(xù)粗紗形成竹節(jié)的一種裝置。隨著竹節(jié)紗裝置技術(shù)的進(jìn)步，竹節(jié)紗的花色類型也在不斷增多[5]。根據(jù)竹節(jié)紗裝置變速系統(tǒng)的不同，分為變前羅拉速度，變中、后羅拉速度，變后羅拉速度；根據(jù)竹節(jié)紗裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不同，分為離合器式、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式、伺服電動(dòng)機(jī)式；根據(jù)竹節(jié)紗裝置的粗紗喂入方式不同，分為單通道后喂入式，單通道中、后喂入式，雙通道中、后喂入式，多通道后喂入式。

2 竹節(jié)紗紡紗機(jī)制

根據(jù)紡制竹節(jié)紗時(shí)喂入粗紗根數(shù)、牽伸機(jī)構(gòu)、羅拉變速方式、牽伸比調(diào)控方式的不同將已公開的文獻(xiàn)及專利中生產(chǎn)竹節(jié)紗的裝置分為單通道后羅拉喂入式、單通道中后羅拉喂入式、雙通道中后羅拉喂入式、雙通道后羅拉喂入式、三通道后羅拉喂入式，本文分別對(duì)5種竹節(jié)紗裝置產(chǎn)生粗細(xì)節(jié)的機(jī)制進(jìn)行分析。

設(shè)成紗線密度為ρy(t)，細(xì)節(jié)線密度為ρy，粗節(jié)線密度為ρy+Δρy，Δρy為粗節(jié)相對(duì)細(xì)節(jié)線密度的增量，紡制時(shí)間為tj，細(xì)節(jié)長度為lx，粗節(jié)長度為lc，后、中、前羅拉表面線速度分別為vh、vz、vq，紡制粗節(jié)時(shí)后、中、前羅拉表面線速度相對(duì)于紡制細(xì)節(jié)時(shí)的變化量為Δvh、Δvz、Δvq，i通道后羅拉表面線速度為vhi，i通道對(duì)應(yīng)喂入的粗紗線密度為ρi，后區(qū)牽伸倍數(shù)為eh，前區(qū)牽伸倍數(shù)為eq，竹節(jié)倍率為σ。其中：ρy(t)、ρy、Δρy、ρi單位為tex;tj單位為s；lx、lc單位為cm；vh、vz、vq、Δvh、Δvz、Δvq、vhi單位為m/min。

2.1 單通道后羅拉喂入式竹節(jié)紗裝置

圖1示出單通道后羅拉喂入竹節(jié)紗裝置。該裝置由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸，主軸通過齒輪箱分3路分別驅(qū)動(dòng)前、中、后羅拉運(yùn)動(dòng)完成對(duì)粗紗的牽伸，通過分別改變羅拉運(yùn)動(dòng)速度紡制竹節(jié)紗。

圖1 單通道后羅拉喂入竹節(jié)紗裝置Fig.1 Slub yarn device for rovings fed from back roller in single channel. (a) Side view;(b) Elevation view

根據(jù)牽伸羅拉不同變速方式有以下3種形成竹節(jié)紗的方法：1)前羅拉速度不變，中、后羅拉同步變速；2)前、中羅拉速度不變，后羅拉變速；3)前羅拉變速，中、后羅拉速度不變。其中第3種方式在竹節(jié)紗紡制過程中前羅拉頻繁變速，導(dǎo)致紡紗張力及紗線捻度難以控制，目前很少采用，一般采用前2種方式。

2.2 單通道中后羅拉喂入式竹節(jié)紗裝置

圖2示出單通道中后羅拉喂入竹節(jié)紗裝置。該裝置使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中、前羅拉使其以恒定牽伸比勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，將一路粗紗連續(xù)穩(wěn)定地由中羅拉喂入前區(qū)經(jīng)牽伸成為竹節(jié)紗的細(xì)節(jié)；使用另一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后羅拉使其以忽停忽轉(zhuǎn)的方式保持變速運(yùn)動(dòng)，將另一路粗紗由后羅拉斷續(xù)式喂入牽伸區(qū)經(jīng)后區(qū)牽伸后在前區(qū)與另一路須條匯合，2路須條在前牽伸區(qū)經(jīng)牽伸混合后經(jīng)加捻形成竹節(jié)紗的粗節(jié)[6]。

圖2 單通道中后羅拉喂入竹節(jié)紗裝置Fig.2 Slub yarn device for rovings fed from middle and back rollers respectively in single channel.(a) Side view; (b) Elevation view

圖2中粗紗1由后羅拉斷續(xù)式喂入，粗紗2由中羅拉連續(xù)且勻速喂入，紡制竹節(jié)紗的線密度為

ρy(t)=(Δvhρ1+vzρ2)/vq

(4)

如果ρ1=ρ2，則竹節(jié)倍率為σ=1+Δvh/vz。說明竹節(jié)倍率取決于后羅拉速度的變化。紡制細(xì)節(jié)t1時(shí)間內(nèi)，Δρy=0，vz=0，細(xì)節(jié)線密度為vzρ2/vq，細(xì)節(jié)長度lx=vqt1；紡制粗節(jié)t2時(shí)間內(nèi)，Δρy≠0，粗節(jié)線密度為(Δvhρ1+vzρ2)/vq，粗節(jié)長度lc=vqt2。當(dāng)后、中羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時(shí)，2種色彩在粗節(jié)部分的混紡比為Δvhρ1：vzρ2。

2.3 雙通道中后羅拉喂入式竹節(jié)紗裝置

圖3示出雙通道中后羅拉式機(jī)構(gòu)組成。該竹節(jié)紗裝置采用雙列皮圈，其中一列由后羅拉引至前羅拉，一列由中羅拉引至前羅拉，通過分別驅(qū)動(dòng)中羅拉與后羅拉運(yùn)動(dòng)或停止帶動(dòng)中間皮圈和后皮圈運(yùn)動(dòng)或停止，改變2種粗紗的牽伸比紡制竹節(jié)紗[7]。

圖3 雙通道中后羅拉喂入竹節(jié)紗裝置Fig.3 Slub yarn device for rovings fed from middle and back rollers respectively in dual channels. (a) Side view; (b) Elevation view

由中后羅拉帶動(dòng)雙列皮圈紡制竹節(jié)紗的線密度為

ρy(t)=(vhρ1+vzρ2)/vq

(5)

根據(jù)中、后羅拉喂入方式的不同可按以下2種方式形成竹節(jié)紗。

1)粗紗1連續(xù)喂入，粗紗2間歇喂入。此時(shí)：

ρy(t)=(vhρ1+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq

(6)

2)粗紗2連續(xù)喂入，粗紗1間歇喂入。此時(shí)：

ρy(t)=(vzρ2+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq

(7)

上述2種方式中，如果ρ1=ρ2，則竹節(jié)倍率為σ=1+(Δvh+Δvz)/vh或σ=1+(Δvh+Δvz)/vz。說明竹節(jié)倍率取決于中、后羅拉速度的變化。

紡制細(xì)節(jié)t1時(shí)間內(nèi)， Δρy=0，vz=0或vh=0，細(xì)節(jié)線密度為vhρ1/vq或vzρ2/vq，細(xì)節(jié)長度lx=vqt1；紡制粗節(jié)t2時(shí)間內(nèi)，Δρy≠0，粗節(jié)線密度為(vhρ1+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq或(vzρ2+Δvhρ1+Δvzρ2)/vq，粗節(jié)長度lc=vqt2。當(dāng)后、中羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時(shí)，2種色彩在粗節(jié)部分的混紡比為(vh+Δvh)ρ1：Δvzρ2或vhρ1：(vz+Δvz)ρ2。

2.4 雙通道后羅拉喂入式竹節(jié)紗裝置

圖4示出雙通道后羅拉式機(jī)構(gòu)組成。該種竹節(jié)紗裝置采用2個(gè)組合式后羅拉和單列皮圈，2個(gè)后羅拉相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，對(duì)喂入的2根粗紗實(shí)施耦合牽伸紡制混紡比與線密度在線變化的紗線[8]。通過調(diào)控混紡比與線密度的變化實(shí)現(xiàn)紗線粗細(xì)及色彩的變化，紡制竹節(jié)紗[9-11]。

圖4 雙通道后羅拉喂入竹節(jié)紗裝置Fig.4 Slub yarn device for rovings fed from back rollers in dual channels. (a) Side view; (b) Elevation view

由雙后羅拉喂入雙粗紗紡制竹節(jié)紗的線密度為

ρy(t)=(vh1ρ1+vh2ρ2)/vq

(8)

根據(jù)后羅拉運(yùn)動(dòng)方式的不同按以下3種方式形成竹節(jié)紗。

1)粗紗1間歇喂入，粗紗2連續(xù)喂入。此時(shí)：

ρy(t)=(vh2ρ2+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq

(9)

2)粗紗2間歇喂入，粗紗1連續(xù)喂入。此時(shí)：

ρy(t)=(vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq

(10)

在上述2種方式中，如果ρ1=ρ2，則竹節(jié)倍率σ=1+(Δvh1+Δvh2)/vh2或σ=1+(Δvh1+Δvh2)/vh1；說明竹節(jié)倍率取決于2個(gè)后羅拉速度的變化。在紡制細(xì)節(jié)t1時(shí)間內(nèi)，Δρy=0，細(xì)節(jié)線密度為vh2ρ2/vq或vh1ρ1/vq，細(xì)節(jié)長度為lx=vqt1；在紡制粗節(jié)t2時(shí)間內(nèi)，Δρy≠0，粗節(jié)線密度為(vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq，粗節(jié)長度lc=vqt2。當(dāng)2個(gè)后羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時(shí)，2種色彩在粗節(jié)部分的混紡比為vh1ρ1：vh2ρ2。

3)粗紗1、粗紗2同步變速喂入。此時(shí)：

ρy(t)=(vh2ρ2+vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq

(11)

如果ρ1=ρ2，則竹節(jié)倍率σ=1+(Δvh1+Δvh2)/(vh1+vh2)。說明竹節(jié)倍率取決于2個(gè)后羅拉的速度變化。在紡制細(xì)節(jié)t1時(shí)間內(nèi)，Δρy=0，細(xì)節(jié)線密度為(vh2ρ2+vh1ρ1)/vq，細(xì)節(jié)長度lx=vqt1；在紡制粗節(jié)t2時(shí)間內(nèi)，Δρy≠0，粗節(jié)線密度為(vh2ρ2+vh1ρ1+Δvh1ρ1+Δvh2ρ2)/vq，粗節(jié)長度lc=vq×t2。當(dāng)2個(gè)后羅拉分別喂入2根不同色彩的粗紗1和粗紗2時(shí)，2種色彩在粗節(jié)部分的混紡比為(Δvh1+vh1)ρ1：(Δvh2+vh2)ρ2。

2.5 三通道后羅拉喂入式竹節(jié)紗裝置

圖5示出三通道后羅拉式機(jī)構(gòu)組成。該竹節(jié)紗裝置采用3個(gè)組合式后羅拉和單列皮圈，3個(gè)后羅拉相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，對(duì)喂入的3根粗紗實(shí)施耦合牽伸紡制混紡比與線密度在線變化的紗線。通過調(diào)控混紡比與線密度的變化實(shí)現(xiàn)紗線粗細(xì)及色彩的變化，紡制竹節(jié)紗。

三通道數(shù)碼紡有4種紡制竹節(jié)紗的方式：1)粗紗2連續(xù)喂入，粗紗1、粗紗3異步間歇喂入，形成細(xì)節(jié)部分為單一組分、粗節(jié)部分為雙組分的竹節(jié)紗；2)粗紗2連續(xù)喂入，粗紗1、粗紗3同步間歇式喂入，形成細(xì)節(jié)部分為單一組分、粗節(jié)部分為三組分的竹節(jié)紗；3)粗紗1、粗紗3連續(xù)喂入，粗紗2間歇喂入，形成細(xì)節(jié)部分為雙組分、粗節(jié)部分為三組分的竹節(jié)紗；4)粗紗1、粗紗2、粗紗3同步變速喂入，形成粗細(xì)節(jié)部分均為三組分的竹節(jié)紗。

3 不同竹節(jié)紗裝置紡制品種對(duì)比

為對(duì)比不同竹節(jié)紗裝置的紡紗特點(diǎn)，設(shè)竹節(jié)紗細(xì)節(jié)線密度為a，粗節(jié)線密度為ka，細(xì)節(jié)長度為l1，粗節(jié)長度為l2，由不同色彩(或原料)構(gòu)成的粗紗1與粗紗2及粗紗3分別用M1、M2、M3表示，3種粗紗的混紡比為Ki(i=1，2，3)，則各裝置以不同方式紡制的竹節(jié)紗種類如表1所示。

表1 不同紡制方式的竹節(jié)紗參數(shù)Tab.1 Slub yarn parameters of different spinning methods

4 多彩竹節(jié)紗的設(shè)計(jì)及其制備

原料為精梳長絨棉，粗紗顏色分別為紅色、黃色和藍(lán)色，粗紗定量為5.0 g/(10 m)，紡紗設(shè)備為江南大學(xué)與經(jīng)緯股份榆次分公司聯(lián)合研制的JWF1551三通道環(huán)錠數(shù)碼細(xì)紗機(jī)。

圖6示出4種配色彩節(jié)竹節(jié)紗外觀。細(xì)節(jié)段為黃色，彩節(jié)1紗線顏色配比為m(紅)∶m(黃)=50∶50，彩節(jié)2的配比為m(藍(lán))∶m(黃)=50∶50，彩節(jié)3的配比為m(紅)∶m(黃)∶m(藍(lán))=20∶40∶40，彩節(jié)4的配比為m(紅)∶m(藍(lán))=50∶50。設(shè)細(xì)節(jié)線密度為19.4 tex，竹節(jié)倍率為2，粗節(jié)間距為18.8 cm，粗節(jié)長度為6.3 cm，捻系數(shù)為340，錠速為6 000 r/min。紡紗工藝如表2所示。

圖6 4種配色彩節(jié)竹節(jié)紗示意圖Fig.6 Four-color section of slub yarn

分段竹節(jié) 排列 線密度/tex總牽伸倍數(shù)紅色黃色藍(lán)色片段長度/cm1基紗19.43—25.8—18.82彩節(jié)138.8625.825.8—6.33基紗19.43—25.8—18.84彩節(jié)238.86—25.825.86.35基紗19.43—25.8—18.86彩節(jié)338.8664.332.232.26.37基紗19.43—25.8—18.88彩節(jié)438.8625.8—25.86.3

用VHX-5000數(shù)碼顯微鏡在100倍的放大倍數(shù)下觀測4種配色彩節(jié)紗的外觀結(jié)構(gòu)，并將竹節(jié)紗1個(gè)完整周期內(nèi)的細(xì)節(jié)部分和4種配色彩節(jié)部分羅列于圖7(a)中。將上述紗線在HC21K系列染色試驗(yàn)編織機(jī)上進(jìn)行編織，并用CanoScan 9000F Mark II電子掃描儀掃描針織物布面，結(jié)果如圖7(b)所示。

5 結(jié) 論

本文分析列舉了5種竹節(jié)紗紡紗裝置的組成及成紗特點(diǎn)：單通道后喂入方式僅能紡制由一種組分構(gòu)成的竹節(jié)紗；單通道中后喂入方式能紡制由2種組分構(gòu)成的竹節(jié)紗，但粗細(xì)節(jié)組分不能切換；雙通道中、后喂入紡制方式能紡制由2種組分構(gòu)成的竹節(jié)紗且粗節(jié)和細(xì)節(jié)的組分可以切換；雙通道后喂入方式能紡制由2種組分構(gòu)成的竹節(jié)紗，不但粗節(jié)和細(xì)節(jié)的組分可以切換，還可以精準(zhǔn)控制2種組分的混紡比；三通道后喂入方式能紡制由3種組分構(gòu)成的竹節(jié)紗，不但粗節(jié)和細(xì)節(jié)的組分可以切換，還可以精準(zhǔn)控制3種組分的混紡比。由此可認(rèn)為，采用多通道后羅拉喂入式數(shù)碼紡紗裝置紡制彩節(jié)紗，由于可方便地調(diào)控成紗線密度與混紡比，能更敏捷適應(yīng)竹節(jié)紗多品種、小批量、快反應(yīng)的市場變化，在竹節(jié)紗品種開發(fā)方面具有巨大優(yōu)勢。

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